Simulation and Experiments of Electron Cooling in HIRFL-CSRm

本论文从理论、模拟和实验三方面研究了HIRFL-CSRm离子束的电子冷却累积过程。 在没有内靶实验装置的电子冷却储存环中，离子束的冷却过程，是离子在电子冷却效应和以束内散射为主的各种加热效应共同作用下，发射度收缩并趋于平衡的过程。其中磁化冷却力的求解是研究电子冷却效应的理论基础，本论文采用Monte-Carlo技术解决了两体碰撞模型下磁化冷却力复杂积分表达式的求解，探讨了影响磁化冷却力的参数。针对离子束内散射过程，论文在B-M模型下束内散射率表达式的基础上，通过应用Carlson第二类椭圆积分形式实现了束内散射导致的束流发射度和动量分散变化的快速计算，分析了其对HIRFL-CSRm冷却累积过程的影响。 由于冷却力是离子-电子相对速度的复杂函数，而且考虑离子在储存环中的横向振荡和纵向运动特性，以及电子束空间电荷效应等情况下，冷却过程中束流发射度和动量分散的时间变化率无法解析计算。本论文采用模型离子跟踪方法，模拟了离子束特征参数在冷却过程中的变化，明确了电子束参数对冷却过程的影响函数，计算了几种典型离子束冷却累积的最佳参数值，并对测量冷却效应的实验方法进行了模拟研究。 对HIRFL-CSRm五种重离子束流（7.07MeV/u12C4+、8.28MeV/u12C5+、7.07MeV/u12C6+、21.6MeV/u36Ar18+、2.93MeV/u129Xe27+）的电子冷却和累积过程进行了初步的实验研究。采用电子束能量调制的方法，测量了12C6+和36Ar18+离子束受到的纵向冷却力随离子-电子相对速度变化的函数，分析了电子束密度、形状及电子束-离子束夹角对36Ar18+离子受到的纵向冷却力大小的影响。通过改变Bump触发的间隔时间研究了12C6+离子的横向冷却效应。实验研究了电子束密度、形状对几种束流的累积效率及储存束流寿命的影响，以及Bump幅度、Bump时间结构、注入间隔时间、绝热展开因子等参数对束流累积效率的影响。实验测量并理论验证了12C6+和36Ar18+强流束的集体效应，探讨了强流离子束的不稳定性。最后，论文展望了在HIRFL-CSR上进一步开展电子冷却实验的方向本论文从理论、模拟和实验三方面研究了HIRFL-CSRm离子束的电子冷却累积过程。 在没有内靶实验装置的电子冷却储存环中，离子束的冷却过程，是离子在电子冷却效应和以束内散射为主的各种加热效应共同作用下，发射度收缩并趋于平衡的过程。其中磁化冷却力的求解是研究电子冷却效应的理论基础，本论文采用Monte-Carlo技术解决了两体碰撞模型下磁化冷却力复杂积分表达式的求解，探讨了影响磁化冷却力的参数。针对离子束内散射过程，论文在B-M模型下束内散射率表达式的基础上，通过应用Carlson第二类椭圆积分形式实现了束内散射导致的束流发射度和动量分散变化的快速计算，分析了其对HIRFL-CSRm冷却累积过程的影响。 由于冷却力是离子-电子相对速度的复杂函数，而且考虑离子在储存环中的横向振荡和纵向运动特性，以及电子束空间电荷效应等情况下，冷却过程中束流发射度和动量分散的时间变化率无法解析计算。本论文采用模型离子跟踪方法，模拟了离子束特征参数在冷却过程中的变化，明确了电子束参数对冷却过程的影响函数，计算了几种典型离子束冷却累积的最佳参数值，并对测量冷却效应的实验方法进行了模拟研究。 对HIRFL-CSRm五种重离子束流（7.07MeV/u12C4+、8.28MeV/u12C5+、7.07MeV/u12C6+、21.6MeV/u36Ar18+、2.93MeV/u129Xe27+）的电子冷却和累积过程进行了初步的实验研究。采用电子束能量调制的方法，测量了12C6+和36Ar18+离子束受到的纵向冷却力随离子-电子相对速度变化的函数，分析了电子束密度、形状及电子束-离子束夹角对36Ar18+离子受到的纵向冷却力大小的影响。通过改变Bump触发的间隔时间研究了12C6+离子的横向冷却效应。实验研究了电子束密度、形状对几种束流的累积效率及储存束流寿命的影响，以及Bump幅度、Bump时间结构、注入间隔时间、绝热展开因子等参数对束流累积效率的影响。实验测量并理论验证了12C6+和36Ar18+强流束的集体效应，探讨了强流离子束的不稳定性。最后，论文展望了在HIRFL-CSR上进一步开展电子冷却实验的方

Spectrum phenomenon of HIRFL-CSR: sudden change of central frequency

In commissioning the HIRFL-CSR (Cooler Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou),with the spectrum analyzer monitoring the beams on-line, we measured many parameters of the beam status for improving quality of the heavy ion beams. In this paper, the sudden change of the beam center frequency is analyzed.A theoretical analysis is done mainly on instabilities of the electron voltage and the neutralization factor. Simulations were made for the problem. According to the simulation result, we can conclude that it is the instability of neutralization factor that caused the problem. 中文摘要：HIRFL-CSR调试过程中，利用频谱分析仪实时监测束流，根据其上测的数据进行相关参数调整，改善束流的品质。本文对分析仪上观测到的现象一束流的中心频率发生突变进行了研究，主要就电子束的高压不稳定性和中性化因子的突变做了理论分析，并进行了相关的模拟计算 ，根据模拟结果初步断定该现象的出现由电子束的中性化因子导致

HIRFL-CSR重离子束内散射效应(英文)

电子冷却本质上是电子冷却作用与重离子束内散射作用的动态平衡过程.在Bjorken和Mtingwa束内散射理论的基础上,应用对称椭圆积分的方法做束内散射增长率的数值模拟,并应用于HIRFL-CSR的磁铁聚焦结构.计算结果表明,束内散射不会成为CSR磁聚焦结构设计的障碍,并且CSR可以达到冷却设计指标

非对称磁聚焦结构的同步加速器

 本发明涉及一种带电粒子同步加速器磁聚焦结构的设计方法技术领域，尤其是涉及一种非对称磁聚焦结构的同步加速器。包括有引入切割磁铁装置(9)、脉冲注入磁铁(6)、内靶装置(4)、电子冷却装置(5)、高频加速装置(10)、八个同步加速器弯曲段(1-1至1-8)和八个同步加速器直线段(2-1至2-8)。其通过一个带电粒子运行在其中的环形真空管道，以及布置在环形管道上的磁铁元件、加速元件、束流诊断元件、注入引出元件和实验平台。有效的利用同步加速器空间，安装尽可能多的核物理、原子物理实验平台，最大限度的降低制造成本和安装体积

重离子治癌同步加速器束流累积的方法及其装置

本发明主要涉及一种提高重离子束治癌同步加速器中离子数目的束流累积方法和装置。一种重离子治癌同步加速器中束流累积的方法，有如下步骤：1.将注入器提供的离子束注入到同步加速器中；2.在电子冷却装置内，产生与被冷却离子束流具有相同平均速度的电子束；3.将电子束偏转到同步加速器环上的一个冷却段；4.离子通过冷却段，与电子发生相互碰撞作用，冷却重离子束；5.将作用后的电子偏转出去。本发明还提供一种装置，在同步加速器的直线段的上游中依次设有四级磁铁、补偿螺旋管，在补偿螺旋管的上游及下游设有校正磁铁；在同步加速器的直线段的下游与上游设置相同且对应设置；在同步加速器的直线段中段设置有束流冷却装置。本发明的优点是提供的离子数目显著提高。离子束发射度和动量分散缩小，束流品质提高，束流寿命增长

CSR实验环电子冷却装置的纵向电子束温度

电子冷却装置中,电子束纵向温度是计算冷却力的主要参量之一．当电子与被冷却离子的相对速度很小时,纵向冷却力与离子速度呈线性关系,并且线性区域的宽度与电子束纵向温度有关．通过分析影响电子束纵向温度的主要因素,得到了兰州重离子冷却储存环实验环(CSRe)电子冷却装置中电子束纵向温度的大小

Spectrum phenomenon of HIRFL-CSR: sudden change of central frequency

HIRFL-CSR调试过程中,利用频谱分析仪实时监测束流,根据其上测的数据进行相关参数调整,改善束流的品质。本文对分析仪上观测到的现象&mdash;束流的中心频率发生突变进行了研究,主要就电子束的高压不稳定性和中性化因子的突变做了理论分析,并进行了相关的模拟计算,根据模拟结果初步断定该现象的出现由电子束的中性化因子导致。<span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 13px; line-height: 22px; background-color: rgb(248, 248, 248);">In commissioning the HIRFL-CSR (Cooler Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou), with the spectrum analyzer monitoring the beams on-line, we measured many parameters of the beam status for improving quality of the heavy ion beams.In this paper, the sudden change of the beam center frequency is analyzed.A theoretical analysis is done mainly on instabilities of the electron voltage and the neutralization factor.Simulations were made for the problem.According to the simulation result, we can conclude that it is the instability of neutralization factor that caused the problem.</span

Study of Nuclear Mass Measurement by Electron Cooling Mode in CSRe

研究了CSRe电子冷却模式下使用线性质量刻度时,空间电荷效应对测量精度的影响、CSRe上测量190Ir质量的实验可行性以及估算了电子冷却模式下,使用非线性刻度法所能达到的测量精度。理论上的分析表明,CSRe在束流和二极铁磁场稳定的理想情况下,如果电子冷却对同种离子束的冷却效果能达到&delta;p/p=10-6量级,采用非线性刻度的方法,能够对像190Ir这样的重离子达到&sigma;(m)/m&asymp;10-8的测量精度。<span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 13px; line-height: 22px; background-color: rgb(248, 248, 248);">Nuclear mass measurement by electron cooling mode in CSRe is discussed, mainly in three related aspects: the systematic error caused by the space charge effect in the case of linear mass calibration; the possibility of mass measurement of ~(190)Ir in CSRe; the estimation of the attainable precision in the case of non-linear mass calibration. Theoretic analysis of the attainable precision shows that a precision of sigma(m)/m10~(-8) can be achieved if the momentum spread of each kind of ions can be reduced to 10~(-6) in CSRe.</span

深层治癌重离子束的配送

利用重离子束流治疗深层肿瘤的临床实验将在中国科学院近代物理研究所(IMP)进行。束流配送系统是重离子治癌临床实验的关键系统,输送束流均匀辐照照射野。重离子束流经过回旋加速器初步加速,注入重离子冷却储存环(CSR)的主环(CSRm),累积、加速后通过共振引出,经深层治癌束运线输送到照射野。针对重离子治癌要求和现场可利用空间,优化设计了束运线,得到了灵活调节束斑尺寸的透镜参数。通过模拟束流扫描过程,验证了扫描系统的可行性

CSR电子冷却段磁场造成闭轨畸变及校正

电子冷却的应用提高了重离子储存环的束流品质,也为重离子储存环的运行带来了新的课题．电子冷却段的横向磁场在引导约束强流电子束的同时也不可避免影响了多次经过的离子轨道．为了保证束流的安全运行,必须将离子轨道的畸变部分限制在局部范围,并保证轨道畸变量对储存环接收度的影响可以容忍．讨论在建的兰州重离子储存环HIRFL-CSR电子冷却段磁场及其造成闭轨畸变和校正方案